JP5911422B2 - 機能を改善する構造を有する照明器具 - Google Patents

Description

本発明は概して照明器具に関する。

LEDに基づく平坦な照明器具はますます、たとえば円筒形状の発光体に基づく照明に取って代わることが予想されている。たとえばLEDに基づく平坦な照明器具は、中心に配置された光源キャビティ及び楔形の光導波路を有して良い。前記光導波路中では、前記光導波路へ入射した光が、全内部反射するように進行する。係る照明器具は複数の利点−たとえば平面型であること、小型であること、及び相対的に目立たないこと−を有することができる。

前記光導波路が空気によって取り囲まれている場合、光は、上部楔形表面と下部楔形表面の両方から射出する恐れがある。このことは様々な用途にとって望ましくないと思われる。この問題を解決するため、特許文献1は、所望の射出面に対して反対の方向へ向かって逃げる光を反射する光導波路の一面上に配置された反射体を有する照明器具を開示している。特許文献1が、光が光射出面を介してしか出力されない小型の照明器具を供しているとはいえ、その照明器具の−少なくともオフ状態での−光学特性は、反射体の特性によって大きく決定される。このことは、全ての用途にとって望ましくないと思われる。

国際公開第2008/126023号パンフレット

上記及び他の従来技術の課題の観点から、本発明の概略的な目的は、改善された照明器具を供することで、より詳細には、光学特性の観点からより自在な照明器具を供することである。

本発明の第1態様によると、第1屈折率を有する導光体を有する照明器具であって、前記導光体は、光入射面、該光入射面に入射する光を反射する光反射面、及び、該光反射面に対向するように設けられて、前記導光体からの光を射出させる光射出面を有し、前記導光体は前記光入射面に対して対向する端部へ向かって先細る、照明器具が供される。当該照明器具はさらに、前記光入射面へ向かうように光を放出するように配置された光源、前記光源の光射出面と光学的に接して第2屈折率を有する第1光学部材、前記光源の光反射面と光学的に接して第3屈折率を有する第2光学部材、及び、該第2光学部材の面のうち前記導光体と対向する面上に配置されて、前記光源がオフ状態のときに当該照明器具の光学特性に影響を及ぼす、機能を改善する構造を有する。前記第1屈折率は、前記第2屈折率及び第3屈折率のいずれよりも大きい。前記第2屈折率は前記第3屈折率よりも大きい。

本願発明者らは、第1及び第2の光学部材を供することにより、かつ前記第1及び第2の光学部材の屈折率を適切に選択することにより、反射体を必要とすることなく、所望の光射出面を介して射出される光を選択的に結合することが可能であることを理解した。このことは、当該照明器具の中心部−つまり導光体と、該導光体を取り囲む2つの光学部材−を透明にできることを意味する。

本願発明者らはさらに、前記中心部が透明であることは、前記中心部を介して可視となる機能を改善する構造を供することによって機能及び/又は改善された光学的性能を当該照明器具へ追加することを実現するのに用いることができることを理解した。よって少なくとも当該照明器具に含まれる光源がオフ状態であるときに、前記機能を改善する構造は、当該照明器具の光学特性に影響を及ぼすことができる。従って当該照明器具の特性は、ある機能を改善する構造を選択することによって、特別な用途に適合されて良い。前記機能を改善する構造はさらに切り替え可能であることで、ユーザーが、前記機能を改善する構造を交換することによって、当該照明器具の特性を変化させることを可能にする。

前記機能を改善する構造は有利となるように、前記導光体から間隔を空けて設けられたスクリーンを有して良い。あるいはその代わりに、前記機能を改善する構造は、前記光源と対向する第１光学部材の表面に堆積されるコーティングとして供されても良い。

本発明の様々な実施例によると、前記機能を改善する構造は光を吸収するように構成されて良い。それにより当該照明器具のコントラストは増大することが可能となる。このことは特に、当該照明器具が明るい周辺光で用いられる場合に有利となりうる。吸収性である前記機能を改善する構造は、光吸収物質の層として実施されて良い。

さらに前記機能を改善する構造は、特定の波長範囲内で光を選択的に供給するように構成されて良い。前記機能を改善する構造が有色構造として供される場合、前記構造が供された結果は、コントラストの増大に加えて、具体的には当該照明器具のオフ状態での視覚的効果として現れる。

しかも前記機能を改善する構造は、制御可能な光学特性を有して良い。この目的のため、前記機能を改善する構造はたとえば、ディスプレイ、OLED、LED等を有して良い。従って、当該照明器具の状態に加えて、各異なる視覚的及び/又は光学効果を実現するため、前記光学特性は、各異なる状態−たとえばオンとオフ又は前記機能を改善する構造が許容する他の状態−間で制御可能となる。換言すると、たとえばオン状態の照明器具は、制御可能な光学特性を備えた機能を改善する構造により変化可能な光学特性を得ることができる。制御可能な光学特性を備えた機能を改善する構造とはたとえば、選択可能な情報を表示するディスプレイ、オンとオフの状態が切り替わるLED等である。

本発明による照明器具の様々な実施例では、前記光入射面が、前記光反射面及び前記光射出面と接続するように、前記導光体は構成されて良い。

前記第1光学部材は光学流体であって良い。このことは、様々な用途において有利となりうる。前記流体は、前記導光体の材料を選ぶときに、顕著な設計自由度を可能とする低屈折率を有して良い。

さらに前記第2光学部材は、前記導光体と前記機能を改善する構造との間の空気ギャップであって良い。

さらに、光が、前記光入射面から放出され、前記光反射面によって反射され、かつ前記光射出面で放出されるようにするため、現在用いられている光学材料によって、前記第1屈折率と第2屈折率との間の比は1〜2の範囲で変化して良い。

しかも当該照明器具は環状の対称性を有して良く、前記導光体の射出面は一の面内に配置されて良い。環状の対称性をとることで、対象な光ビームを供することが可能となる。このことはたとえば、ダウンライトの用途において大抵の場合は望ましい。

さらに当該照明器具はさらに、構造を有する光入射面及び平面状光射出面を有する再導光層を有して良い。前記再導光層は、前記導光体に対向する前記第1光学部材と光学的に接するように配置されて良い。前記再導光層は、前記第2屈折率よりも大きな第4屈折率を有する。現在用いられている光学材料によって、前記第4屈折率と第2屈折率との間の比は1〜2の範囲で変化して良い。従って、光が目的とする当該照明器具の前進方向へ出力されるように、前記第4屈折率は選ばれて良い。

しかも前記再導光層の構造を有する光入射面は、基部と頂部、及び該基部と頂部とを接続する第1面と第2面を有するリッジ形状の突出部を有して良い。前記第1面は、入射光を結合する第1ファセットを有する。前記第1ファセットは、前記導光体の光射出面の法線に対して第1傾斜角を有する。前記第2面は、光を全内部反射させる第2ファセットを有する。前記第2ファセットは、前記導光体の光射出面の法線に対して第2傾斜角を有する。前記第1及び第2傾斜角は複数の角度を有して良い。この構造により、前記光は前記第2ファセットによって効率的に反射され、入射光を結合するための、前記第1ファセットの傾斜角に対する前記第2ファセットの傾斜角は、当該照明器具からの光の出力方向を決定する。

それに加えて、前記突出部の各々はさらに第3ファセットを有して良い。前記第3ファセットは前記光射出面の法線に対して第3傾斜角を有する。前記第3傾斜角は、前記第3ファセットによって光の一部が導光される−たとえば目標である当該照明器具の前進方向へ射出される光の結合を改善する−ように、前記第1傾斜角よりも小さい。しかし、前記第3傾斜角が前記第1傾斜角に近づけば近づくほど、前記光源がオン状態になるときに当該照明器具の光学特性に影響を及ぼすように、より多くの光が前記機能を改善する構造へ向かう。

前記第3ファセットは、前記第1ファセットよりも前記基部と近くなるように配置されて良い。前記配置は、各突出部の第1面の基部にて結合する入射光の一部が前記第2ファセットへ向かうように屈折することで、目標である当該照明器具の前進方向での光出力が増大する。

しかも前記第3角度は、前記再導光層の製造を促進するため、0°〜前記第1傾斜角の範囲であって良い。

しかも前記第3角度は、アンダーカット構造を得ることができるように、0°〜前記第2傾斜角の範囲であって良い。

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付された特許請求の範囲及び以降の説明を検討することで明らかとなる。当業者は、本発明の様々な特徴が組み合わせられることで、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、以降の説明に開示された実施例以外の実施例を実現しうることを理解する。

従来技術に係る照明器具の断面図である。 本発明の実施例による照明器具の断面図である。 図2aの照明器具の斜視図である。 本発明による照明器具の様々な実施例に含まれる典型的な再導光層の一部の断面図である。

図1に図示された従来技術に係る照明器具の例では、導光体は、光入射面6によって接続される第1面2と、該第1面2と対向する第2面3を有する。2つの対向する面2,3が、光入射面6とは反対側の端部で互いに接近するように、導光体1は先が細くなっている。導光体1は空気4によって取り囲まれている。動作時においては、光は光入射面6を介して入射する。その後その光は、図1に概略的に図示されているように、導光体1の両面から飛び出すことができる。照明器具10からの光が、所望の方向のみに出力されることを保証するため、照明器具10には、図1に図示されているように、たとえば鏡面ミラーのような反射体5が供される。反射体5は、導光体1から第2面3を介して射出される際に結合するすべての光を、導光体1へ戻るように反射するように配置される。それによりその光のすべては、導光体1の第1面2を介して出力される。

図２ａ−図２ｂは、本発明の実施例による照明器具の一例の断面図と斜視図を示している。図示された照明器具２０は、一の面内で環状対称な導光体を有する。導光体１１は、中に光源１３が配置されているキャビティ１２を有する。キャビティ１２の内面は、導光体１１の光入射面１４を構成する。導光体１１はさらに、光入射面１４によって接続される、光反射面１５と光射出面１６を有する。しかも、光反射面１５と光射出面１６との間の距離が、光入射面でよりも環状導光体１１の周囲で短くなるように、導光体１１は先が細くなる。ここで、光射出面１６は単一面内に配置される。第１光学部材１７は導光体１１の光射出面１６と光学的に接するように配置される。第２光学部材１８は導光体１１の光反射面１５と光学的に接するように配置される。図２ａ−ｂで概略的に図示されているように、機能を改善する構造１９はスクリーン２６上で、かつ第２光学部材１８の面のうち導光体１１に対して反対側の面上に配置される。さらに構造を有する再導光層２１は、第１光学部材１７の面のうち導光体１１に対して反対側の面上に配置される。

導光体11は、第1屈折率n₁を有する光学的に透明な材料で作られる。たとえば導光体11は、ガラス又は任意の光学ポリマー−たとえば屈折率が1.49のポリメチルメタクリラート(PMMA)又は屈折率が1.59のポリカーボネート−で作られて良い。

第1光学部材17は第2屈折率n₂を有する。第2光学部材18は第3屈折率n₃を有する。第1光学部材17及び第2光学部材18の屈折率を適切に選択することによって、第1屈折率n₁を有する導光体11から射出する光の結合が、導光体11の光射出面16を介してほぼ独占的に起こるように、制御することができる。たとえば、第1光学部材17は屈折率が1.29の流体であって良く、かつ、第1光学部材17は屈折率が1の空気であって良い。従って、図1の従来技術に係る照明器具10内での選択的な射出光の結合を実現するのに用いられるミラーが供給されることで、照明器具20は透明となることが可能である。換言すれば、観察者は、少なくとも照明器具20の光源13がオフ状態のときには、照明器具20を突き抜けて直視することができる。第1光学部材17及び第2光学部材18を供することによって生じるこの効果は、本発明の様々な実施例によると、機能を改善する構造19を供することによって照明器具20の1つ以上の光学特性を制御するのに利用される。図2a-bで概略的に図示された典型的実施例では、機能を改善する構造19は、選択吸収性塗装層−たとえば有色塗装層−として供される。しかし機能を改善する構造19は、照明器具20の光学特性に影響を及ぼすことのできる任意の構造であって良い。機能を改善する構造の例は、ディスプレイ、LED、有色層等である。機能を改善する構造19が非透明状態と透明状態との間での切り換えが可能で、かつ照明器具20のスクリーン26又は筐体が透明である場合、照明器具20を光学的に透明にすることができる。このことは、比較的目立たない設計が望ましい用途にとって有利となりうる。

さらに再導光層２１−たとえば所謂再導光ホイル−は、第１光学部材１７と光学的に接するように、第１光学部材１７のうち導光体１１に対して反対側の面上に配置される。再導光層２１の光入射面２２は、照明器具２０の中心を取り囲むように配置されたリッジ形状の突出部を有する。各突出部は、各突出部の基部２７及び頂部２８と接続する２つの面２９，３０を有する。第１面２９は、導光体２１の光射出面２３の法線に対して第１傾斜角α_１を有する第１ファセット２４を有する。第２面３０は、導光体２１の光射出面１６の法線に対して第２傾斜角α_２を有する第１ファセット２５を有する。光射出面２３は平坦で、かつ導光体１１の光射出面１６に対して平行である。

現在用いられている光学材料についての再導光層21の屈折率と第1光学部材17の屈折率との比−導光体11と再導光層21の材料によって決定される−は、1〜2の範囲内となるように選ばれて良い。再導光層21は、屈折率が1.59のポリカーボネートで作られて良い。

従って、導光体の射出面16で結合する光は、第1光学部材17によって屈折され、かつ再導光層21の第1ファセット24を介して入射して結合する。大半の光は、第2ファセット25へ向かうように屈折し、その後第2ファセット25によって、目標である再導光層21の光射出面23へ向かう反射及び屈折される。一般的には、第2ファセット25の第2傾斜角α₂は、導光体11の法線に沿った微小入射角光の所望の射出結合角θよりも小さい。ここでθは、第2ファセットに衝突して、θ_FWHM/2で周辺へ向かうように屈折する最も外側の光線の角度である。

一例として、所望の半値全幅（ＦＷＨＭ）強度は２×５°であって良い。導光体１１は、４ｍｍの厚さｈ、及び、２０ｍｍの平坦上部の半径Ｒ２と３.５ｍｍの中心キャビティの半径Ｒ１である５５ｍｍの半径Ｒ３を有して良い。ここで、導光体１１の材料は、屈折率ｎ_ＰＭＭＡ=１.４９のＰＭＭＡで構成されるように選ばれ、再導光層２１は、屈折率ｎ_ＰＣ=１.５９のＰＣで構成され、かつ、第２光学部材１８は、屈折率ｎ_ａｉｒ＝１の空気ギャップである。それにより、第１光学部材１７についての所望の屈折率は１.３０以下と計算される。従って第１光学部材１７は、屈折率ｎ_{ｆｌｕｉｄ}＝１.２９の光学流体であって良い。

所望のFWHMが与えられると、再導光層21の第1ファセット24の第1傾斜角α₁は26.5°に選ばれ、かつ再導光層21の第2ファセット25の第2傾斜角α₂は31.4°に選ばれる。

図3では、他の再導光層21’が図示されている。図中第1面29は、各突出部の基部に第3ファセット26を有する。第3ファセット26の第3傾斜角α₃は、さらに他の光の一部が第2ファセット25’へ導光され、かつ目標である照明器具21の前方の方向へ射出される際に結合するように反射されることを可能にするように選ばれて良い。ここで、導光体の光射出面の法線に対する傾斜角は、0°〜第1傾斜角α₁の範囲で選ばれる。第3傾斜角α₃は-α₂〜α₁の範囲で変化して良い（ここでα₁とα₂は正の値を有する）。α₃が0°〜-α₂であれば、構造はアンダーカット構造となる。第3傾斜角α₃が第1傾斜角α₁に接近すればするほど、より多くの光が機能を改善する構造へ向かうように導光される。

たとえ本発明が、具体的な典型的実施例を参照しながら説明されたとしても、多くの異なる代替型、修正型等は当業者にとっては自明である。たとえば照明器具は、環状対称性を有する形状以外の形状−たとえば六角形や非対称形状等−であっても良い。

機能を改善する構造は、固定された情報若しくは変動する情報を表示するディスプレイ、1組のLED、OLED、又は、外見の変更−たとえば一の色から他の色への変更等−を制御しうる外見修正用の表層であって良い。他の例では、機能を改善する構造は、オンとオフとの切り換えが可能であり、あるいは、照明器具内に含まれる光源の光学状態と別個又は一体の異なる状態間での制御が可能である。

Claims (12)

1. 第１屈折率(n１)を有する導光体を有する照明器具であって、
   前記導光体は、光入射面、該光入射面に入射する光を反射する光反射面、及び、該光反射面に対向するように設けられて、前記導光体からの光を射出させる光射出面を有し、
   前記導光体は前記光入射面に対して対向する端部へ向かって先細り、
   当該照明器具はさらに、
   前記光入射面へ向かうように光を放出するように配置された光源、
   前記導光体の光射出面と光学的に接して第２屈折率(n２)を有する第１光学部材、
   前記導光体の光反射面と光学的に接して第３屈折率(n３)を有する第２光学部材、
   前記第２光学部材の面のうち前記導光体に対して反対側の面上に配置されて、前記光源がオフ状態のときに当該照明器具の光学特性に影響を及ぼす、有色構造として設けられた機能を改善する構造、及び、
   構造を有する光入射面及び平面状光射出面を有する再導光層を有し、
   前記第１屈折率(n１)は、前記第２屈折率(n２)及び第３屈折率(n３)のいずれよりも大きく、
   前記第２屈折率(n２)は前記第３屈折率(n３)よりも大きく、
   前記再導光層は、前記導光体に対向する前記第１光学部材と光学的に接するように配置され、
   前記再導光層は、前記第２屈折率よりも大きな第４屈折率を有し、
   前記第４屈折率と第２屈折率との間の比は１乃至２の範囲で変化し、
   前記再導光層の構造を有する光入射面は、基部と頂部、及び該基部と頂部とを接続する第１面と第２面を有するリッジ形状の突出部を有し、
   前記第１面は、入射光を結合する第１ファセットを有し、
   前記第１ファセットは、前記導光体の光射出面の法線に対して第１傾斜角を有し、
   前記第２面は、光を全内部反射させる第２ファセットを有し、かつ、
   前記第２ファセットは、前記導光体の光射出面の法線に対して第２傾斜角を有する、
   照明器具。
2. 前記機能を改善する構造が前記第２光学部材とスクリーンとで挟まれることになる当該スクリーンを有する、請求項１に記載の照明器具。
3. 前記機能を改善する構造が、光を吸収するように構成されている、請求項１又は２に記載の照明器具。
4. 前記機能を改善する構造が、制御可能な光学特性を有する、請求項１又は２に記載の照明器具。
5. 前記第１光学部材が光学流体を有する、請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の照明器具。
6. 前記第２光学部材が空気である、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の照明器具。
7. 前記第１屈折率(n１)と第２屈折率(n２)の比が１乃至２の範囲である、請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の照明器具。
8. 環状の対称性を有する請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の照明器具であって、前記射出面は一の面内に配置されている、照明器具。
9. 前記の第１面上の突出部の各々はさらに第３ファセットを有し、
   前記第３ファセットは前記光射出面の法線に対して第３傾斜角を有し、
   前記第３傾斜角は前記第１傾斜角よりも小さい、
   請求項１に記載の照明器具。
10. 前記第３ファセットは、前記第１ファセットよりも前記基部と近くなるように配置される、請求項９に記載の照明器具。
11. 前記第３角度は、０°乃至前記第１傾斜角の範囲である、請求項９又は１０に記載の照明器具。
12. 前記第３角度は、０°乃至前記第２傾斜角の範囲である、請求項９又は１０に記載の照明器具。

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